(57)【要約】【課題】  第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間の間隙から断熱空間への排気ガスの洩出を防止することが可能な構造を有する、排気マニホールドを提供する。【解決手段】  連結管領域１１０ｂの外壁面には、連結管領域１１０ｂの排気ガスによる昇温時における連結管領域１１０ｂの半径方向への膨張を抑制するため、連結管領域１１０ｂの外壁面を全周にわたって取囲む拘束リング２０１が設けられている。この拘束リング２０１は、第１内管１１０の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するように設けられている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドに取付けられる排気マニホールドであって、
第１内管と、
前記第１内管の一方の開口端に設けられる連結領域の内側に、前記第１内管の内壁面との間に所定の間隙を形成するように、その一方端側の開口端が挿入される第２内管と、
前記第１内管と前記第２内管とを覆う外管とを備え、
前記第１内管の前記連結領域には、昇温時における前記第１内管の半径方向への膨張を制限するための膨張制限領域が設けられる、排気マニホールド。
【請求項２】
前記膨張制限領域は、前記第１内管の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有し、前記連結領域の外側領域を取囲むように設けられる、拘束リングである、請求項１に記載の排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のシリンダヘッドに取付けられる排気マニホールドの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガス中の有害ガスを浄化するため、自動車の排気系統に触媒コンバータが設けられるようになってきている。また、この触媒コンバータによる所望の触媒活性を得るためには、排気ガス温度が所定温度以上であることが好ましいが、エンジンの始動時には、エンジンから排出される排気ガスは、排気マニホールド等により冷却されるため、所望の触媒活性が得られない。そこで、排気ガスの温度低下を防止する観点から、外管と内管との二重構造からなる二重管型の排気マニホールドの開発が進められている。
【０００３】
この二重管型の排気マニホールドの一例として、下記特許文献１に開示される構造が挙げられる。この特許文献１に開示される排気マニホールドの構造は、第１内管の一端側が第２内管の一端側に挿入され、第１内管および第２内管を覆う外管が設けられている。第１内管の第２内管への挿入においては、連結時の作業容易性、第１内管および第２内管の昇温時における熱膨張（半径方向および軸長方向）を吸収するために、第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間には、所定の間隙が設けられている。
【０００４】
また、第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間に設けられる間隙には、内管の外壁と、外管の内壁との間に設けられる断熱空間への排ガスの洩出を阻止するための緩衝材が配設されている。この緩衝材としては、ステンレス鋼の細線が用いられ、このステンレス鋼の細線をメリヤス状に編み込んだものを適度に折り曲げることにより弾性を得るようにしている。
【０００５】
しかしながら、このような緩衝材を配置した場合においては、熱膨張の繰り返しにより、長年の使用による経年劣化が考えられる。劣化した状態では緩衝材としての機能を有さず、第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間に間隙が生じることになる。その結果、この隙間から高温の排気ガスが、断熱空間に洩れ出す結果、外管が設計仕様以上の高温状態となり、外管の信頼性を低下させる要因になり得る。
【特許文献１】特開平１０−２６６８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明が解決しようとする課題は、第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間の間隙から、高温の排気ガスが断熱空間に洩れ出すことである。したがって、この発明は、長年の使用に関係なく、第１内管の外壁面と第２内管の内壁面との間の間隙から断熱空間への排気ガスの洩出を防止することが可能な構造を有する、排気マニホールドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に基づいた排気マニホールドは、内燃機関のシリンダヘッドに取付けられる排気マニホールドであって、以下の構成を備える。第１内管と、上記第１内管の一方の開口端に設けられる連結領域の内側に、上記第１内管の内壁面との間に所定の間隙を形成するように、その一方端側の開口端が挿入される第２内管と、上記第１内管と上記第２内管とを覆う外管とを備え、上記第１内管の上記連結領域には、昇温時における上記第１内管の半径方向への膨張を制限するための膨張制限領域が設けられる。
【０００８】
また、上記排気マニホールドにおいて、他の形態として、上記膨張制限領域は、上記第１内管の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有し、上記連結領域の外側領域を取囲むように設けられる拘束リングである。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成からなる排気マニホールドによれば、排気ガスによる第１内管および第２内管の昇温時に、第２内管は半径方向および軸長さ方向に膨張する。一方、第１内管は、その連結領域には膨張制限領域が設けられていることから、半径方向への膨張は制限される。その結果、第１内管の内壁と第２内管の外壁との間の間隙は小さくなり、高温時におけるシール性能を向上させる。これにより、この隙間から外管の内壁との間に設けられる断熱空間への排ガスの洩出を抑制することが可能となる。その結果、外管の温度上昇を回避することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に基づいた排気マニホールドの実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、以下に示す排気マニホールドは、内管を３分割した構造について説明しているが、あくまでも一例であり、２分割構造、多数分割構造の排気マニホールドに、本発明を適用することが可能である。
【００１１】
（排気マニホールドの構造）
まず、図１を参照して、本実施の形態における排気マニホールドの構造について説明する。なお、図１は、排気マニホールドの構造を示す全体構造である。なお、内管の構造の理解を容易にするために、外管は破断した状態で図示している。
【００１２】
この排気マニホールド１は、第１内管１１０、この第１内管１１０に連結される第２内管１２０、この第２内管１２０に連結される第３内管１３０を有している。第１内管１１０には、枝管１１１が設けられ、第２内管１２０には、枝管１２１が設けられ、第３内管１３０には、エルボ１３１が設けられている。第１内管１１０、第２内管１２０、および、第３内管１３０は、外管１４０によって覆われ、各内管１１０，１２０，１３０の外壁と外管１４０との間において、断熱空間Ｓが規定されている。外管１４０には、触媒コンバータ取り付け用フランジ１０１、および、シリンダヘッド取り付け用フランジ１１２，１１３，１１４が取付けられている。各内管１１０，１２０，１３０は、肉厚さ約０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のステンレス鋼、アルミニウム合金等が用いられ、また、外管１４０には、肉厚さ約１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度のステンレス鋼、アルミニウム合金、鋳鉄等が用いられている。
【００１３】
（内管の連結領域の詳細構造）
次に、図２を参照して、内管の連結領域の詳細構造について説明する。なお、図２は、図１中のＩＩで囲まれる領域の軸長方向に沿った断面構造を示すものである。また、本実施の形態においては、第１内管１１０と第２内管１２０との連結、および、第２内管１２０と第３内管１３０との連結の２箇所の連結領域を有するが、これらの連結領域の構造は同じであるため、代表例として、第１内管１１０と第２内管１２０との連結領域の詳細構造を説明することとする。
【００１４】
第１内管１１０は、本管領域１１０ａと、この本管領域１１０ａの一端部に設けられた連結管領域１１０ｂとを有している。本管領域１１０ａの内径は、本管領域１１０ａの内径よりも大きく設けられ、たとえば、本管領域の内径（直径）がφ３０ｍｍ〜φ４０ｍｍの場合、連結管領域１１０ｂの内径は、φ３５ｍｍ〜φ４５ｍｍ程度である。また、連結管領域１１０ｂの軸長さ方向の長さは、約１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。したがって、連結時における第１内管１１０の連結管領域１１０ｂの内壁面と第２内管１２０の外壁面との間の間隔（ｒ１）は、選択される各内管の寸法にもよって異なるが、約２．０ｍｍ前後となる。
【００１５】
なお、連結管領域１１０ｂの内壁面と第２内管１２０の外壁面との間の間隔（ｒ１）は、昇温時における膨張に起因する、連結管領域１１０ｂの内壁面と第２内管１２０の外壁面との擦れによる異音の発生を防止する観点から、膨張後においても、所定の隙間を生じさせるように、あらかじめ決定しておく必要がある。
【００１６】
第１内管１１０の連結管領域１１０ｂの外壁面には、連結管領域１１０ｂの排気ガスによる昇温時における連結管領域１１０ｂの半径方向への膨張を抑制するため、膨張制限領域を構成するように、連結管領域１１０ｂの外壁面を全周にわたって取囲む拘束リング２０１が設けられいてる。この拘束リング２０１は、第１内管１１０の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有するように設けられている。本実施の形態においては、セラミックを用いている。この拘束リング２０１の内径は、連結管領域１１０ｂの外径と略同一に設けられ、厚みは２ｍｍ〜５ｍｍ程度、幅は、５ｍｍ〜８ｍｍ程度である。
【００１７】
なお、上記構成においては、第１内管１１０の連結管領域１１０ｂの内径を本管領域１１０ａの内径よりも大きくした構成について述べているが、この構成に限定されるものでなく、たとえば、第１内管１１０の連結管領域１１０ｂの内径は本管領域１１０ａの内径と同一とし、第２内管１２０の一端側を内側に絞り、連結管領域１１０ｂの内径よりも、第２内管１２０の一端側の外径の方が小さくなる構成の採用も可能である。
【００１８】
（拘束リング２０１の位置決め）
次に、拘束リング２０１の位置決めについて、図３および図４を参照して説明する。図３および図４は、拘束リング２０１の位置決め構造を示す第１および第２の図である。
【００１９】
図２においては、特に拘束リング２０１の位置決めは、拘束リング２０１の内径寸法と連結管領域１１０ｂの外径寸法との関係（嵌め合い寸法）に依存する場合を示しているが、他の位置決め構造としては、図３に示すように、拘束リング２０１の連結管領域１１０ｂへの挿入方向の上流側に、位置決め用爪１１０ｃを設けたものである。また、他の位置決め構造としては、図４に示すように、外管１４０の内壁面に、内方に突出し、組付け時に拘束リング２０１に当接する位置決め突起１４１を設けたものである。
【００２０】
（昇温時における拘束リング２０１の機能）
次に、昇温時における拘束リング２０１の機能について、図５を参照して説明する。なお、図５は、図２と同様に、図１中のＩＩで囲まれる領域の軸長方向に沿った断面構造を示すものである。
【００２１】
上記構成からなる第１内管１１０の連結領域３００に、第２内管１２０の一端側が所定距離挿入された状態で、高温の排気ガス（約９００度前後）が第２内管１２０から第１内管１１０に向かって排出される。その結果、第１内管１１０および第２内管１２は昇温する。このとき、第２内管１２０は半径方向（図中Ｙ方向）および軸長さ方向（Ｘ方向）に膨張する。一方、第１内管１１０は、その連結領域３００には拘束リング２０１が設けられていることから、半径方向（図中Ｙ方向）への膨張は制限されることになる。その結果、第１内管１１０の連結管領域１１０ｂの内壁と第２内管１２０の外壁との間の間隙は小さくなり、高温時におけるシール性能を向上させることになる（距離ｒ２：約０．５ｍｍ程度）。
【００２２】
（作用・効果）
以上、本実施の形態における排気マニホールド１によれば、排気ガスによる第１内管１１０の連結管領域１１０ｂと第２内管１２０との昇温時においては、上述したように、連結管領域１１０ｂの内壁と第２内管１２０の外壁との間の間隙は小さくなることから、高温時におけるシール性能を向上させる。その結果、この隙間から外管１４０の各内管１１０，１２０との間に設けられる断熱空間Ｓへの排ガスの洩出を抑制することが可能となり、外管１４０の温度上昇を回避することができる。
【００２３】
（膨張制限領域の他の形態）
なお、上記実施の形態において、膨張制限領域として、連結管領域１１０ｂの外壁面を全周にわたって取囲む拘束リング２０１を採用した場合について説明したが、他の形態としては、図６に示すように、連結管領域１１０ｂの端部領域を折り曲た折り曲げ領域２０２を設ける構成、図７に示すように、連結管領域１１０ｂの端部領域の肉厚さを他の領域よりも厚くした肉厚領域２０３を設ける構成によっても、昇温による熱膨係数（熱膨張の度合い）を、本館領域１１０ａおよび第２内管１２０よりも小さくすることが可能となる。また、連結管領域１１０ｂの外壁面を全周取囲むように設ける構成だけでなく、部分的に膨張制限領域を設けることによっても、連結管領域１１０ｂの半径方向への膨張を抑制することを期待することが可能である。
【００２４】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に基づいた実施の形態における排気マニホールドの構造を示す全体構造である。
【図２】図１中のＩＩで囲まれる領域の軸長方向に沿った断面構造を示す図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態における拘束リングの位置決め構造を示す第１の図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態における拘束リングの位置決め構造を示す第２の図である。
【図５】図１中のＩＩで囲まれる領域の軸長方向に沿った断面構造を示す図である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態における膨張制限領域の他の形態を示す図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態における膨張制限領域の他の形態を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  排気マニホールド、１０１  触媒コンバータ取り付け用フランジ、１１０  第１内管、１１０ａ  本管領域、１１０ｂ  連結管領域、１１１  枝管、１１２，１１３，１１４  シリンダヘッド取り付け用フランジ、１２０  第２内管、１２１  枝管、１３０  第３内管、１３１  エルボ、１４０  外管、２０１  拘束リング、２０２  折り曲げ領域、２０３  肉厚領域、３００  連結領域、Ｓ  断熱空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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